Лабораторная работа №3
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательноеучреждениевысшегообразования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙТОМСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ»
Инженерная школа энергетики Отделение Электроэнергетики и электротехники
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ
Лабораторная работа №3
Расчет режима минимальных нагрузок в радиальной и замкнутой электрических сетях 110-220 кВ, выбор мероприятий по регулированию напряжения и снижению потерь мощности
Исполнитель: |
|
|
|
студент группы |
5А94 |
Милешкин А.А. |
4.08.2022 |
Руководитель: |
|
|
|
доцент ОЭЭ |
|
Н.П. Фикс |
|
Томск - 2022
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
1. Расположение потребителей и источника питания на координатной плоскости, масштаб 10 км/1 см.
2.Характеристики потребителей электроэнергии и источника питания
|
Наименование |
|
РЭС |
|
Потребители |
|
||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
Активная |
мощность |
в |
режиме |
|
80 |
17 |
25 |
10 |
максимальных нагрузок, МВт |
|
|
|
|
|
|
||
Активная |
мощность |
в |
режиме |
|
45 |
8,5 |
12,5 |
5 |
минимальных нагрузок, МВт |
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент мощности |
|
0,9 |
0,82 |
0,77 |
0,84 |
0,80 |
||
ТМ, час |
|
|
|
|
3800 |
3000 |
7800 |
5300 |
КК , % |
|
|
|
|
100 |
30 |
70 |
20 |
UРЭС MAX, кВ |
|
|
246,4 |
|
|
|
|
|
UРЭС MIN, кВ |
|
|
226,6 |
|
|
|
|
|
Дата выдачи задания___________________________________________
Дата сдачи готового проекта_____________________________________
Руководитель проекта__________________________________________________
Задание к выполнению принял ___________________________________
Студент группы_____________________________________________________(Подпись)
2
Введение
Цель работы: расчёт режима минимальных нагрузок в радиальной и кольцевой электрических сетях 110-220 кВ; выбор мероприятий по регулированию напряжения и снижению потерь мощности.
Режим минимальных нагрузок – режим, в ходе которого используются посчитанные ранее значения активной мощности на подстанциях при заданном UРЭС MIN. Как правило значения активной мощности примерно в половину меньше, чем в максимальных нагрузках. Исходя из этого мы можем вывести из работы один трансформатор на подстанции, т.к. возможно,
что второй такой же будет отлично справляться с основной нагрузкой.
Для того чтобы узнать можно ли выводить трансформатор из работы или нет, мы должны определить мощность тр, которую может предоставить один трансформатор и сравнить с той мощностью, которая требуется подстанции. Если один трансформатор способен удовлетворить эти потребности, то можно выводить из работы второй.
3
Исходные данные:
Таблица 1 – Выбранные сечения проводов
Схема |
Участок |
|
ц |
, мм2 |
ном, кВ |
Марка |
|
|
|
|
эк |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
провода |
|
|
РЭС-2 |
2 |
202.661 |
220 |
АС 300/39 |
||
Радиальная |
2-1 |
2 |
122.196 |
220 |
АС 300/39 |
||
2-3 |
2 |
74.554 |
110 |
АС 120/19 |
|||
|
|||||||
|
2-4 |
2 |
31.313 |
110 |
АС 120/19 |
||
|
РЭС-2 |
2 |
289.805 |
220 |
АС 300/39 |
||
|
2-3 |
1 |
179.063 |
|
АС 185/29 |
||
Кольцевая |
3-4 |
1 |
34.255 |
110 |
АС 120/19 |
||
|
2-4 |
1 |
123.575 |
|
АС 150/24 |
||
|
2-1 |
2 |
174.741 |
220 |
АС 300/39 |
||
Таблица 2 – Параметры линий
Схема |
Участок |
Провод |
Длина |
|
|
|
|
|
|
участка, |
л, Ом |
л, Ом |
л, мкСм |
|
|
|
км |
|
|
|
Радиальная |
РЭС-2 |
АС 300/39 |
55 |
5.28 |
23.595 |
145,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-1 |
АС 300/39 |
47 |
4.512 |
20.163 |
124,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-3 |
АС 120/19 |
40 |
9.76 |
17.64 |
102,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-4 |
АС 120/19 |
47 |
11.468 |
20.727 |
120,6 |
|
|
|
|
|
|
|
Кольцевая |
РЭС-2 |
АС 300/39 |
55 |
5.28 |
23.595 |
145,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-3 |
АС 185/29 |
40 |
6.36 |
17.16 |
105.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3-4 |
АС 120/19 |
39.7 |
9.687 |
17.508 |
101.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-4 |
АС 150/24 |
47 |
9.588 |
20.398 |
122.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2-1 |
АС 300/39 |
47 |
4.512 |
20.163 |
124.3 |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 - Параметры трансформаторов для радиальной и кольцевой сети
nТ |
№ |
Тип |
ном, |
Регулирование |
Каталожные данные |
|
|
|||
|
ПС |
трансформатора |
МВА |
напряжения |
UВН, |
UНН, |
Uк, |
Pк, |
Px, |
Ix, |
|
|
|
|
|
кВ |
кВ |
% |
кВт |
кВт |
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
ПС1 |
ТРДЦН- |
63 |
РПН в нейтрали |
230 |
11 |
11,5 |
300 |
82 |
0,8 |
|
|
63000/220 |
|
ВН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
±12% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± 12 ступеней |
|
|
|
|
|
|
2 |
ПС3 |
ТДН-25000/110 |
25 |
±9×1,78% |
115 |
11 |
10,5 |
120 |
25 |
0,65 |
2 |
ПС4 |
ТДН-10000/110 |
10 |
±9×1,78% |
115 |
11 |
10,5 |
60 |
14 |
0,7 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 3
nТ |
№ |
Тип трансформатора |
|
Расчетные данные |
|
||
|
ПС |
|
RT, Ом |
|
XT, Ом |
|
QX, кВaр |
2 |
ПС1 |
ТРДЦН-63000/220 |
3,9 |
|
96,7 |
|
504 |
2 |
ПС3 |
ТДН-25000/110 |
2,54 |
|
55,9 |
|
175 |
2 |
ПС4 |
ТДН-10000/110 |
7,95 |
|
139 |
|
70 |
Таблица 4 –Данные автотрансформатора для радиальной и кольцевой сети
|
nТ |
|
№ |
|
Тип трансформатора |
|
|
ном, |
|
|
|
Регулирование |
Каталожные данные |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ПС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МВА |
|
|
напряжения |
|
|
|
ном, обмоток, кВ |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВН |
|
|
СН |
НН |
|
|
|||||||||
|
2 |
|
|
ПС2 |
|
АТДЦТН- |
|
|
|
|
63 |
|
|
|
|
|
РПН с линии СН |
230 |
|
|
|
121 |
|
11 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
63000/220/110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
±12%, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
±6 ступеней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 4 |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Каталожные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетные данные |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Uк, % |
|
|
|
|
|
Pк, кВт |
|
|
|
Px, |
|
Ix, |
|
RT , Ом |
|
|
|
|
ХT , Ом |
|
Qx, |
|
|
|||||||||||||||||||
|
ВН- |
|
ВН- |
|
СН- |
ВН- |
|
ВН- |
СН- |
|
|
кВт |
|
% |
|
ВН |
|
СН |
|
НН |
|
ВН |
|
СН |
|
|
|
НН |
|
кВар |
|
|
||||||||||||||
|
СН |
|
НН |
|
НН |
СН |
|
НН |
НН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
11 |
|
|
35 |
22 |
200 |
|
|
160 |
140 |
|
37 |
|
|
|
0,45 |
1,4 |
|
1,4 |
|
2,8 |
|
104 |
|
0 |
|
|
195,6 |
|
315 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 - Параметры схемы замещения |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
№ ПС |
|
Тип |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
RT, Ом |
|
|
XT, Ом |
QX, |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
трансформатора |
|
мкСм |
|
|
мкСм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кВaр |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ПС1 |
|
ТРДЦН- |
|
|
1,55 |
|
|
|
9,53 |
|
0,045 |
|
3,9 |
|
|
|
96,7 |
|
|
|
504 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
63000/220 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
ПС3 |
|
ТДН-25000/110 |
|
1,89 |
|
|
|
12,28 |
|
0,095 |
|
2,67 |
|
|
|
55,5 |
|
|
|
|
162,5 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
ПС4 |
|
ТДН-10000/110 |
|
1,05 |
|
|
|
5,29 |
|
0,095 |
|
7,95 |
|
|
|
139 |
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 - Расчетные параметры автотрансформатора |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
№ |
|
|
Тип |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, Ом |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ПС |
|
трансформатора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мкСм |
|
|
мкСм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
ВН |
|
|
|
СН |
|
|
|
|
НН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН- |
НН- |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВН |
ВН |
|
|||
|
ПС2 |
|
АТДЦТН- |
|
|
1,4+j104 |
|
|
|
1,4 |
|
|
2,8+j195,6 |
|
5,36 |
|
|
|
|
0,69 |
|
|
|
0,526 |
|
0,048 |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
63000/220/110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Схемы замещения:
Рисунок 1 – Радиальная схема замещения
Рисунок 2 – Кольцевая схема замещения
6
3.Выполнение предварительных расчетов
3.1. Определение мощностей нагрузок подстанций
Для проведения дальнейших расчетов требуется определить значения модуля полной мощности по формуле:
= ;
И реактивной мощности по формулам:
|
= √ 2 |
− 2 |
или |
= |
∙ ( ); |
|
|
|
|
|
|
Тогда комплексное значение для полной мощности можно представить
как:
= + ;
1
1
1
Пример расчета для ПС1:
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
= |
1 |
= |
|
= 54,88 МВА; |
|
|||||
|
0,82 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= √ 2 |
|
− 2 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
= √54,882 |
− 452 |
= 31,41 МВАр; |
||||||
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
||
= 1 + 1 = 45 + 31,41МВА;
Все расчеты мощностей для остальных ПС представлены в таблице 4
Таблица 8 - Мощности нагрузок подстанций
ПС |
, МВт |
|
, МВА |
, МВАр |
, МВА |
|
|
|
|
|
|
1 |
45 |
0.82 |
54.878 |
31.41 |
45+j31.41 |
2 |
8.5 |
0.77 |
11.039 |
7.043 |
8.5+j7.043 |
3 |
12.5 |
0.84 |
14.881 |
8.074 |
12.5+j8.074 |
4 |
5 |
0.8 |
6.25 |
3.75 |
5+j3.75 |
7
4.Расчет режимов минимальной нагрузки
4.1. Расчет нагрузок трансформаторов и выбор мероприятий по регулированию потерь мощности для радиальной электрической сети
Расчет нагрузки одного трансформатора производится по формуле:
тр = ном ∙ √2∙∆ х ,[4, с 534].
Где:
ном − Номинальное напряжение трансформатора в кВ;
∆ х − потери холостого хода в кВт;
тр − активное сопротивление трансформатора;
Пример расчета нагрузки трансформаторов в радиальной электрической сети:
1. ТРДЦН – 63000/220
|
2∙∆ |
6 |
√ |
2∙82∙103 |
|
||
|
|
х |
|
|
|
||
тр = ном тр ∙ √ |
|
= 63 ∙ 10 |
∙ |
|
= 46,58 МВА; |
||
|
|
300∙103 |
|||||
Нагрузка |
на |
потребителе |
на 1 |
подстанции потреб = 54.878 МВА, |
|||
значит на данной подстанции целесообразно применять 2 трансформатора.
2. АТДЦТН 63000/220/110
Так как подстанция 2 является узловой, то необходимо устанавливать 2
трансформатора.
3. ТДН-25000/110
|
2∙∆ х |
|
3 |
|
|
|
тр = ном тр ∙ √ |
= 25 ∙ 106 |
∙ √ |
2∙25∙10 |
= 16.14 |
МВА; |
|
∆ |
120∙103 |
|||||
|
к |
|
|
|
|
|
Нагрузка на потребителе на 2 подстанции потреб = 14.881 МВА. Один трансформатор в состоянии справится с этой нагрузкой, поэтому выводим
второй из эксплуатации.
8
4. ТДН – 10000/110
|
2∙∆ х |
|
3 |
|
|
|
тр = ном тр ∙ √ |
= 10 ∙ 106 |
∙ √ |
2∙14∙10 |
= 6.831 |
МВА; |
|
∆ |
60∙103 |
|||||
|
к |
|
|
|
|
|
Нагрузка на потребителе на 4 подстанции потреб = 6,25 МВА. Аналогично случаю на ПС-3 - применяем 1 трансформатор.
Данные для рассчитанных трансформаторов взяты из [2, c244-249,
табл.5,18-5,23].
Таким образом, для снижения потерь мощности необходимо оптимизировать работу трансформаторов на подстанциях, т.е. через расчеты нагрузок трансформаторов определить их количество, которое необходимо установить на подстанции для поддержания номинальных напряжений на потребителях.
9
4.2. Расчет режимов минимальных нагрузок для радиальной сети
Таблица 9 - Результаты расчета режима минимальных нагрузок для узлов радиальной электрической сети
Таблица 10 - Результаты расчета режима минимальных нагрузок для ветвей радиальной электрической сети
10